Соединение конденсаторов
Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!
Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?
Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.
В реальности это выглядит так:
Параллельное соединение
Принципиальная схема параллельного соединения
Последовательное соединение
Принципиальная схема последовательного соединения
Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.
Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?
Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.
Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:
С1 – ёмкость первого;
С2 – ёмкость второго;
С3 – ёмкость третьего;
СN – ёмкость N-ого конденсатора;
Cобщ – суммарная ёмкость составного конденсатора.
Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!
Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C1, C2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!
Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.
Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:
Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .
Или то же самое, но более понятно:
Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.
В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:
Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C1 – его ёмкость.
Стоит также запомнить простое правило:
При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.
Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.
Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.
Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).
Замер ёмкости при последовательном соединении
Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)
А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).
Измерение ёмкости при параллельном соединении
Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).
Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединять конденсаторы?
Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.
При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.
Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.
Для электролитических конденсаторов.
При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.
Параллельное соединение электролитов
Схема параллельного соединения
В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.
Последовательное соединение электролитов
Схема последовательного соединения
Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.
Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.
Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены 
Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!
Чем отличаются параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Радиоэлементы можно соединить между собой тремя способами. Существует параллельное и последовательное соединение конденсаторов, а также смешанный тип. Всегда можно точно определить емкость равноценного конденсатора по этому показателю. Его можно поменять на ряд соединенных в цепь других, более мелких по емкости конденсаторов. Для равнозначного конденсаторы должно быть выполнено некоторое условие, а именно подключенное напряжение к конденсатору равно напряжению на зажимах этой группы этих.
Таким же образом подключается все радиоэлементы, существующие на данный момент. Главным образом используются параллельное и последовательное соединение конденсаторов. В данной статьи рассмотрены все типы соединений конденсаторов. В качестве бонуса. в статье есть видеоролик и статья, посвященные этой теме.
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
Соединение конденсаторов в электрической цепи может быть последовательным, параллельным и последовательно-пареллельным (смешанным). Если провести аналогию между соединением конденсаторов и соединением резисторов, то стоит отметить, что формулы расчета общей емкости и общего сопротивления идентичны, только между разными типами соединений: Формула Cобщ при параллельном соединении конденсаторов = формула Rобщ при последовательном соединении резисторов.
- Cобщ — общая емкость.
- Rобщ — общее сопротивление.
При последовательном соединении конденсаторов (рис. 3) на обкладках отдельных конденсаторов электрические заряды по величине равны: Q1 = Q2 = Q3 = Q. Действительно, от источника питания заряды поступают лишь на внешние обкладки цепи конденсаторов, а на соединенных между собой внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит лишь перенос такого же по величине заряда с одной обкладки на другую (наблюдается электростатическая индукция), поэтому и на них по- являются равные и разноименые электрические заряды.
Напряжения между обкладками отдельных конденсаторов при их последовательном соединении зависят от емкостей отдельных конденсаторов: U1 = Q/C1, U1 = Q/C2, U1 = Q/C3, а общее напряжение U = U1 + U2 + U3. Общая емкость равнозначного (эквивалентного) конденсатора C = Q / U = Q / (U1 + U2 + U3), т. е. при последовательном соединении конденсаторов величина, обратная общей емкости, равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов. Формулы эквивалентных емкостей аналогичны формулам эквивалентных проводимостей.
Параллельное соединение конденсаторов
Параллельное соединение конденсаторов — это соединение при котором конденсаторы соединяются собой обоими контактами. В результате к одной точке может быть присоединено несколько конденсаторов. При параллельном соединении формируется один большой конденсатор с площадью обкладок, равной сумме площадей обкладок всех отдельных компонентов. Поскольку емкость конденсаторов прямо пропорциональна площади обкладок, общая емкость Собщ при параллельном соединении равняется сумме емкостей всех конденсаторов в цепи.
Напряжение при параллельном соединении
На все параллельно соединенные конденсаторы падает одинаковое напряжение. Так происходит, потому что существует всего лишь две точки, между которыми может быть разность потенциалов (напряжение). Другими словами, можно сказать что при параллельном соединении все конденсаторы подключены к одному источнику напряжения. Ток конденсатора во время переходного периода зависит от его емкости и изменения напряжения:
- ic — ток конденсатора
- C — Емкость конденсатора
- ΔVC/Δt – Скорость изменения напряжения
При параллельном соединении через каждый конденсатор потечет одельный ток, в зависимости от емкости конденсатора:
Последовательное соединение конденсаторов
Если же соединение конденсаторов в батарею производится в виде цепочки и к точкам включения в цепь непосредственно присоединены пластины только первого и последнего конденсаторов, то такое соединение конденсаторов называется последовательным. При последовательном соединении все конденсаторы заряжаются одинаковым количеством электричества, так как непосредственно от источника тока заряжаются только крайние пластины, а остальные пластины заряжаются через влияние. При этом заряд пластины будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пластины 1, заряд пластины 3 будет равен по величине и противоположен по знаку заряду пластины 2 и т. д.
Напряжения на различных конденсаторах будут, вообще говоря, различными, так как для заряда одним и тем же количеством электричества конденсаторов различной емкости всегда требуются различные напряжения.
Таким образом, при заряде группы конденсаторов, соединенных последовательно, на конденсаторах малой емкости напряжения будут больше, а на конденсаторах большой емкости — меньше.
Аналогично предыдущему случаю можно рассматривать всю группу конденсаторов, соединенных последовательно, как один эквивалентный конденсатор, между пластинами которого существует напряжение, равное сумме напряжений на всех конденсаторах группы, а заряд которого равен заряду любого из конденсаторов группы. Возьмем самый маленький конденсатор в группе. На нем должно быть самое большое напряжение. Но напряжение на этом конденсаторе составляет только часть общего напряжения, существующего на всей группе конденсаторов. Напряжение на всей группе больше напряжения на конденсаторе, имеющем самую малую емкость. А отсюда непосредственно следует, что общая емкость группы конденсаторов, соединенных последовательно, меньше емкости самого малого конденсатора в группе.
Последовательное соединение конденсаторов – это соединение двух или более конденсаторов в форме цепи, в которой каждый отдельный конденсатор соединяется с другим отдельным конденсатором только в одной точке. Ток (iC), заряжающий последовательную цепь конденсаторов, будет одинаковым для всех конденсаторов, поскольку у него есть только один возможный путь прохождения.
Вследствие того что через все последовательно соединенные конденсаторы течет одинаковый ток, количество накопленого электрического заряда для каждого конденсатора будет одинаковым, независимо от его емкости. Так происходит, потому что электрический заряд, накапливаемый на обкладке любого конденсатора, должен прийти с обкладки примыкающего конденсатора. Таким образом, последовательно соединенные конденсаторы имеют одинаковый электрический заряд.
Правая обкладка первого конденсатора С1 соединяется с левой второго конденсатора С2, у которого правая обкладка соединяется с левой третьего конденсатора С3. Это означает, что в режиме постоянного тока конденсатор С2 электрически изолирован от общей цепи. В итогое эффективная площадь обкладок уменьшается до площади обкладок самого маленького конденсатора. Это объясняется тем, что как только обкладки наименшей площади заполнятся электрическим зарядом, данный конденсатор перестанет пропускать ток. В результате ток прекратиться во всей цепи, и процесс зарядки остальных конденсаторов также прекратится. При последовательном соединении общее расстояние между обкладками увеличивается до суммы расстояний между обкладками всех конденсаторов.
Таким образом, последовательная цепь формирует один большой конденсатор с площадью обкладок элемента с наименьшей емкостью, и расстоянием между обкладками, равному сумме всех расстояний в цепи. На каждый отдельный конденсатор в последовательной цепи падает разное напряжение. Поскольку емкость обратно пропрциональна напряжению (С = Q/V), то чем меньше емкость конденсатора, тем большее напряжение на него упадет. Применим закон Кирхгофа для напряжения в последовательной цепи из трех конденсаторов.
Емкость конденсатора прямо пропорциональна его заряду и обратно пропорциональна его напряжению — C = Q/V. Как уже упоминалось выше, последовательно соединенные конденсаторы имеют одинаковый электрический заряд — Qобщ = Q1 = Q2 = Q3. Из данного уравнения можно легко вывести формулу общей емкости для любого частного случая последовательного соединения.
Если в цепи есть и последовательное и параллельное соединение, то такую цепь называют смешанной или последовательно-параллельной. Тем не менее, смешанное соединение может иметь как последовательный, так и параллельный характер.
Общая емкость смешанного соединения конденсаторов
Чтобы посчитать общую емкость смешанного соединения конденсаторов, следуют такому же алгоритму, как и при расчете общего сопротивления смешанного соединения резисторов.
- Цепь разбивают на участки с только пареллельным или только последовательным соединением
- Вычисляют общую емкость для каждого отдельного участка.
- Вычисляют общую емкость для всей цепи смешанного соединения.
Вполне справедливым может оказаться вопрос, для чего надо соединять конденсаторы последовательно, если общая емкость будет меньше? Скорее всего, первым что приходит в голову — это чтобы получить новый эквивалентный конденсатор с меньшей емкостью. Но в производстве микросхем вряд ли будут делать подобное, поскольку, во -первых, обычно нужно экономить место на печатной плате, а во-вторых, нет смысла тратить деньги на два компонента или больше, если можно купить один с требуемой емкостью.
Но если в параллельном или последовательном соединении конденсаторов еще есть хоть какая-то логика, то кому вообще нужно смешанное? Дело в том, что емкостью, то есть способностью накапливать электрический заряд, обладает любое тело в природе, даже человеческое.
Например, у нас есть какая-то электронная цепь с множеством различных компонентов, которая принимает сигнал, обрабатывает его определенным образом и выдает на выход результат. Известно, что время задержки сигнала, в основном, зависит от паразитической емкости электронных компонентов схемы. Поскольку должно пройти время зарядки паразитической емкости, прежде чем она начнет пропускать сигнал. Если мы хотим узнать время задержки, нужно посчитать общую емкость всех компонентов, конвертировав их в цепь из конденсаторов.
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
Последовательное и параллельное соединение конденсаторов применяют в зависимости от поставленной цели. При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов. А общее напряжение будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов. Например: мы имеем три конденсатора по 30 мкФ x 100 В каждый. При их последовательном соединении общий конденсатор будет иметь следующие данные: 10 мкФ x 300 В.
При параллельном соединении общая емкость конденсаторов складывается, а допустимое напряжение всего набора будет равно напряжению конденсатора, имеющего самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора. C = C1 + C2 + C3 + C4 + …Например: мы имеем три конденсатора 30 мкФ x 100 В, соединённые параллельно. Параметры всего набора конденсаторов в этом случае будут следующие: 90 мкФ x 100 В.
Соединение более двух конденсаторов последовательно редко встречается в реальных схемах. Хотя для увеличения общего напряжения такой набор может встретиться в высоковольтных источниках питания. А вот в низковольтных источниках довольно часто встречается параллельное соединение нескольких конденсаторов для сглаживания пульсаций после выпрямления при больших токах потребления. Обратите внимание, формулы вычисления емкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов в точности обратным формулам вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.
Более подробно о типах подключения конденсаторов можно узнать прочитав статью подключения конденсаторов. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.
Как подключить накопитель к сабвуферу
Накопитель, накопительный конденсатор или ёмкость представляет собой электротехнический элемент, состоящий из двух электродов (обкладок), разделённых изоляционным материалом. Это устройство обладает свойством накапливать электрическую энергию и отдавать её потребителю. От площади электродов зависит количество энергии, которую элемент может накопить. Этот параметр называется ёмкостью конденсатора. В высококачественных автомобильных системах воспроизведения звука, параллельно клеммам питания усилителя, подключается электрическое устройство большой ёмкости. Зачем нужен накопитель, и как подключить конденсатор к сабвуферу – тема данной статьи.
Как подключить накопитель конденсатор к сабвуферу
Автолюбители часто спрашивают, для чего вообще нужна система добавочного электропитания. Автомобильный сабвуфер при воспроизведении низкочастотного сигнала, на пиковой мощности, потребляет такой ток, которые не может обеспечить никакой аккумулятор. На слух это воспринимается как «провалы» в звучании, а если большое потребление тока является постоянным, то звук становится «бубнящим». Электрическая ёмкость выполняет функцию накопления заряда, который отдаётся в цепь питания низкочастотного усилителя.
Такой способ питания усилителя даже в недорогих системах заметно повышает качество звучания.Акустические системы большой мощности требуют много энергии, поэтому без накопительного блока звук будет невысокого качества. Особенно это заметно в тёмное время суток, когда количество потребителей электроэнергии в автомобиле увеличивается. Аккумулятор «проседает», фары начинают моргать, а басовое чёткое звучание становится «размытым» и неприятным на слух. Часто падение напряжения питания усилителя приводит к клиппингу, то есть к двухстороннему ограничению амплитуды сигнала. Это явление может вывести динамики из строя.
Накапливающий энергию прибор, в цепи питания, обладает малым внутренним сопротивлением, поэтому он быстро отдаёт запасённую энергию и именно в тот момент, когда усилителю для нормальной работы её не хватает.Подключение устройства для усилителя должно выполняться по определённым правилам.
Установка конденсатора для сабвуфера
Современные элементы, запасающие энергию, представляют собой не просто накопитель энергии, а сложное электронное устройство. В корпусе устройства находится чип обеспечивающий измерение постоянного напряжения на выводах электрического прибора. За прозрачной крышкой расположен светодиодный четырёхразрядный индикатор, по которому это напряжение можно контролировать. Как подключить накопитель к усилителю и сабвуферу. На практике к НЧ колонке или динамику ничего не подключается, а накопительное устройство должно быть подключено к клеммам питания усилителя низкой частоты, при строгом соблюдении полярности. На клеммах прибора имеется маркировка «+» и «-», которая должна совпадать с аналогичной маркировкой на корпусе усилителя.
Схема подключения накопителя для сабвуфера очень проста и может быть реализована самостоятельно. Соединительные провода можно зажимать под винт клемм питания или использовать для этой цели переходную колодку. Для того чтобы избежать влияния соединительных кабелей на разряд устройства его следует размещать как можно ближе к низкочастотному усилителю. Длина соединительных проводов не должна превышать 30-40 см. Все питающие провода, идущие от аккумулятора к прибору и далее к усилителю должны иметь большое сечение, чтобы не допустить потерь энергии. Нельзя для этой цели использовать стальные обмеднённые провода. Кабели должны быть многожильными и сделанными из чистой меди.
Установка и схема подключения накопителя-конденсатора к сабвуферу
Конденсаторы-накопители энергии, используемые в автомобильных сабвуферах, должны иметь ёмкость от 1 до 3 фарад и более. На самом деле некоторые недобросовестные производители выпускают изделия, где подлинная ёмкость, сильно отличается от той, что указана на корпусе изделия. Поэтому на форумах часто можно встретить нарекания, что установка дополнительного устройства не дала никакого результата. Это связано с тем, что был приобретён контрафактный товар. Поэтому энергетический блок для усилителя нужно приобретать только в специализированных магазинах. Очень часто, как аналоги конденсаторов большой ёмкости, на автомобильных рынках продаются ионисторы или супер конденсаторы.
В ионисторах используются пористые обкладки, которые позволяют запасать очень большое количество энергии, поэтому ёмкость таких приборов составляет десятки и сотни фарад. Причём напряжение, при котором ионисторы могут работать без повреждений, не превышает 10 вольт. Минусом ионисторов является большое внутреннее сопротивление.
Как правильно подключить накопитель для сабвуфера
Подключение конденсатора к усилителю и сабвуферу может выполняться при монтаже всей звуковой системы автомобиля или на уже работающее устройство.Чтобы отделить цепь питания усилителя, работающего на усилитель, от других потребителей электричества, между плюсом аккумулятора и блоком запаса энергии ставится диод в прямом включении.Если возникла необходимость установить прибор на уже работающий комплект аппаратуры, то перед началом работы следует полностью отключить всю систему питания. Считается, что ёмкость устройства выбирается из расчёта 1 фарада на киловатт мощности.Изделие такой ёмкости является самым распространённым. Для всех усилителей с меньшей мощностью, накопитель на 1 фараду так же подойдёт. Установка накопителя для сабвуфера выполняется с помощью крепёжных приспособлений, которые входят в комплект накопителя.
Можно ли подключить обыкновенный конденсатор к сабвуферу
Подключить обычный конденсатор к сабвуферу, конечно, можно, но никакого эффекта это не даст. Электролитический прибор ёмкостью 5 000-10 000 мкф может сыграть роль фильтра и снизить некоторые электрические помехи. Например, будут не слышны щелчки при включении какого-либо электрического оборудования автомобиля. Даже батарея электролитов большой ёмкости не сможет предотвратить просадку напряжения при воспроизведении мощных басов.
Только установка накопителя-конденсатора для сабвуфера способна обеспечить усилитель энергией, когда это будет необходимо. Если подключение усилителя через блок запаса энергии выполняется первый раз, то устройство нужно зарядить. Эту же процедуру нужно выполнить, когда аккумулятор на долгое время снимался с автомобиля, и изделие оказалось разряженным.
Для этого минус аккумулятора подключается на минус устройства, а плюс подключается к плюсовой клемме прибора через резистор номиналом 10-20 Ом и мощностью 20 ватт. Вместо резистора можно использовать автомобильную лампочку. Она сначала ярко загорится, а по мере заряда свечение будет угасать.
